課件熱工理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

§1-1§1-2§2-1§2-2§2-3§2-4§3- §3- §3- §3- §3 §3 §3-8光電式編§3-9§3-10§4-1§4-2§4-3§4-4§4-5§4-7§5-1§5-4第一§1-1理論力學(xué)實(shí)課程性質(zhì)需要加強(qiáng)理力實(shí)驗(yàn)教學(xué)人才培養(yǎng)需要加強(qiáng)理力實(shí)驗(yàn)教學(xué)展開。力學(xué)理論、力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與計(jì)算機(jī)處理技術(shù)三者構(gòu)成了力學(xué)素質(zhì)的整體，工學(xué)3加強(qiáng)理力實(shí)驗(yàn)教學(xué)．寬口徑模式需要 §1-2論力學(xué)實(shí)驗(yàn)的任務(wù)§1-3的注課前認(rèn)真準(zhǔn)備認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)第二械量§2-1機(jī)械量測(cè)試機(jī)械式的測(cè)量方光學(xué)式的測(cè)量方 圖2-1機(jī)械式測(cè)振電測(cè)方法§2-2機(jī)械量測(cè)試卻一樣，大體都可分為5個(gè)部分如圖2-2所示。測(cè)試對(duì)象測(cè)試對(duì)象即測(cè)試的主體。在工程測(cè)試中通常直接以工程機(jī)械或工程結(jié)構(gòu)作為測(cè)試對(duì)實(shí)程一根際機(jī)械的，定似分取復(fù)輪雙子例型。激勵(lì)環(huán) 測(cè)試對(duì)激勵(lì)環(huán)節(jié)取。例如在后面的實(shí)驗(yàn)中通過(guò)電磁激振器對(duì)簡(jiǎn)支梁進(jìn)行激振以獲得梁的橫向振動(dòng)的質(zhì)量慣性力來(lái)激勵(lì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生等。除此，常1型力錘的。測(cè)量環(huán)節(jié)

2-3力分析環(huán)節(jié)分析環(huán)節(jié)的作用是對(duì)來(lái)自傳感器測(cè)量系統(tǒng)

2-42032動(dòng)態(tài)分析檢測(cè)環(huán)節(jié)記錄儀、數(shù)字繪圖儀、和用于分析結(jié)果的磁盤驅(qū)動(dòng)器等?！?-3器的作用原傳感器的作用原理電變換部分再將Xt變換為電量E（電動(dòng)勢(shì)、電荷量或電阻、電容等電參量。圖中測(cè)量電路的作用是將變換所得的電量E轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

EU2-5傳感器的作用原傳感器的機(jī)械接收原理化直接接收測(cè)試對(duì)象的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。因此，被測(cè)機(jī)械量Xi與中間機(jī)械量Xt為與頻率無(wú)關(guān)的正比關(guān)系（即所謂零階系統(tǒng)2-6所示即為相對(duì)式傳感器的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖與作用原理如相對(duì)相對(duì)x電感r接受x0- 接交流測(cè)量電 2-6電感式位移傳感(a)結(jié)構(gòu)示意 (b)作用原理試對(duì)象的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。被測(cè)機(jī)械量Xi與中間機(jī)械量Xt是用二階微分方程聯(lián)系著，故也稱為二傳感器的機(jī)電變換原理測(cè)量電路路。測(cè)量電路的作用在于將變換所得的電量E轉(zhuǎn)變?yōu)楹罄m(xù)檢測(cè)或分析儀器所能接受的一般電壓信號(hào)。一般檢測(cè)和分析儀器的輸入阻抗100kΩ~1MΩ間不等，因此，為了負(fù)載外動(dòng)外動(dòng)線導(dǎo)磁磁v慣性vr電動(dòng)e接 變積分微分放電路a 2-7慣性式速度傳感(a)結(jié)構(gòu)示意 (b)作用原理實(shí)xrxr的測(cè)量。整圖2-7（a）為慣性式速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。由彈簧k、質(zhì)量m和阻尼c構(gòu)成的單度va經(jīng)慣性接收后成為線圈相對(duì)于磁隙的相對(duì)速度vr，然后由電磁感應(yīng)原理變換為電動(dòng)勢(shì)e，機(jī)械量測(cè)量傳感器的分類表2-1 2）電壓

4）電感5）電容 6）電阻 7）光電2）§2-4系統(tǒng)的主要這一測(cè)量系統(tǒng)，輸入被測(cè)機(jī)械量Xi，輸出為一般電壓信號(hào)U（見圖2-5）正是通過(guò)U與Xi的關(guān)系，闡述測(cè)量系統(tǒng)的主要性能參數(shù)。靈敏xXsin(t

uUsin(t

sUX

與靈敏度有直接關(guān)系的是分辨率。分辨率是指輸出電壓的變化量U可以辨認(rèn)時(shí)輸入使用頻率范圍通用速度傳感使用頻率范圍是測(cè)量系統(tǒng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)的使用頻率范電式加速度傳感器測(cè)量系統(tǒng)具阻式和伺復(fù)式等三種加速度測(cè)動(dòng)態(tài)范圍

00.250.5 線性線性對(duì)數(shù)2-8常用傳感器測(cè)量系統(tǒng)的使用頻率范XXUD20lgXmax X強(qiáng)。比如D=70dB，則幅值上限與下限之比達(dá)3162倍。擊過(guò)程（如、撞擊等過(guò)程，要求有很高的幅值上限。

2-9測(cè)量系統(tǒng)的線性范S20lgUS U

（2-US為噪聲電UN1.77倍。按照這一規(guī)定，BK公4368型加速度傳2635型電荷2m∕s2就可得到如圖2-10所示的關(guān)于測(cè)量系統(tǒng)使100m∕s2的加速度幅值上限外，1mm的位移幅值上限限制。這是受傳感器內(nèi)部慣性接收部分行程的限相

2-10表示測(cè)量系統(tǒng)使用范圍的導(dǎo)致合成波的畸變這一畸變現(xiàn)象可用圖2-11 0, ()

2-11相移造成的波形畸（a）（b）輸出電壓波形u(t)=Usin(t-/3)+0.8sin(2t-t時(shí)間，這當(dāng)然不會(huì)導(dǎo)致波形的畸變。說(shuō)明如xX1sin1tX2sin U1sin(1t1)U2sin(2t2uU1sin(1t1)U2sin(2t2U1sin1tU2sin式中tt，輸出波形相當(dāng)于輸出波形沿軸右移一距離第三章常用傳感器測(cè)量§3-1電阻應(yīng) 結(jié)構(gòu)及類型基底、敏感柵、引出線和粘結(jié)劑四部分構(gòu)成（見圖3-1。應(yīng)

基 L3-2（a（b、(c)、(d)分別表示絲繞式、短接式、箔式和半導(dǎo)體式四種類型的應(yīng)箔的厚度約為0.003~0.01mm，引出線直徑約為

3-2常見的應(yīng)變計(jì)類機(jī)電變換原理積為A，電阻率為，則其電阻為RAdRdldAd

l

dA2dl dR(12)dld kdR/R(12)d/

式（3-1）1+2表示的導(dǎo)線材料泊松比的大小和由(d明，在一定的限度內(nèi)，（31）式中k保持不變，即dR/R與成正比。這一物理現(xiàn)象稱由上述知，在一定范圍內(nèi)導(dǎo)線的電阻相對(duì)變化(dR/R)與導(dǎo)線的縱向應(yīng)變成正比100以上，這樣導(dǎo)線的長(zhǎng)度就得很長(zhǎng)。因應(yīng)變dll為導(dǎo)線標(biāo)長(zhǎng)內(nèi)的平均應(yīng)變，長(zhǎng)的dRKdL

RKL K2,R120。K、R的準(zhǔn)確數(shù)值在應(yīng)變計(jì)出廠時(shí)，由廠方標(biāo)明。一般應(yīng)變計(jì)的線性范圍都不小于2000應(yīng)變計(jì)的粘貼原始電阻值相差0.1的應(yīng)變計(jì)包裝在一起。工作應(yīng)變計(jì)與補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)最好使用同一包干燥電阻看是否達(dá)到要求。在一般精度要求下，絕緣電阻應(yīng)大于50M。

端 3-4應(yīng)變計(jì)丁橡膠等，如圖3-4所示。關(guān)于專門防護(hù)的知識(shí)可參閱應(yīng)變電測(cè)法的有關(guān)專業(yè)書籍?！?-2應(yīng)變計(jì)120K=2.0，則由式（3-2）RRK12021106RRK12051106變量R。測(cè)量電橋的輸出的兩個(gè)固定電阻（裝在應(yīng)變儀內(nèi)部A、C端接電源，其電 U R1R3R2g

BGDU圖3-5惠斯Rg(R1R2)(R3R4)R1R2(R3R4)R3R4(R1R2R1R3R2 R1R2R3R4，則電橋必然平衡?，F(xiàn)在讓四個(gè)等阻值的應(yīng)變計(jì)受不同的應(yīng)變1、2、3、4作用，由關(guān)系式（3-2）可知，各

R2K13

2 （3-4K 4此時(shí)電橋失去平衡，檢流計(jì)將有電流Ig通過(guò)。但需要的是：由應(yīng)變引起的電阻改 I IgRIgRIg g21 1

R 3234I RRR U R(RR)2R2R

RR

(RR)

R 2 4(Rg

I

4(Rg

;I

4(Rg

;I

4(Rg R1R3R2R4 g

( g 4(R g4(Rg

du132 （3-全橋測(cè)量與半橋測(cè)量上面在推導(dǎo)式（3-7）R1、R2、R3、R4都是應(yīng)變計(jì)，這種測(cè)量方法叫全橋測(cè)量。因而式（3-7）為全橋測(cè)量時(shí)應(yīng)變讀數(shù)du與各橋臂應(yīng)變1、2、3、4之間的時(shí)，有340，于是應(yīng)變讀數(shù)du1 （3-這種測(cè)量方法叫半橋測(cè)量，因而式（3-8）為半橋測(cè)量時(shí)應(yīng)變讀數(shù)du與橋臂應(yīng)變12之間的關(guān)系

C

溫度補(bǔ)償

(b)半橋接線圖3-6應(yīng)變測(cè)量電橋PPBACPPBAC為電橋的另一個(gè)臂R2。如圖3-7所示，這樣就可使這兩個(gè)橋臂的電阻值的改變的大小如R3和R4仍安裝在電阻應(yīng)變儀儀器內(nèi)，

3-7溫度效應(yīng)的補(bǔ)是由溫度改變1=2，由此，從式（3-8）可du溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ū容^靈活，一般在多點(diǎn)測(cè)量時(shí) ]M，材料揚(yáng)氏模量為E。要求排除彎曲影響，測(cè)定其所受軸力N。PPP

圖3-8補(bǔ)償塊 圖3-9拉彎組合變形直R1、R3作為工作應(yīng)變計(jì)，另外在

1P3P24

du13242 （3-

軸 E1

1PAP2 （3-§3-3載荷傳載荷傳感器是以電阻應(yīng)變計(jì)為主要元件所制成的測(cè)力裝置，根據(jù)不同的測(cè)量要CZL-YB型拉壓傳感器為例，對(duì)其結(jié)CZL-YB1KNR4 C(a)傳感器外 (b)應(yīng)變計(jì)布

D(c)橋路§3-4壓電式加速度傳m包括了慣性質(zhì)量及晶體片和折合到頂部的質(zhì)量（一般取為晶體片質(zhì)量的三分之一；k為晶體片的當(dāng)量彈簧剛度系數(shù)，它可以按陶瓷材料的彈性模量（0.5~1.01011N/m2）和形狀尺寸估算得。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，彈簧剛度系數(shù)中還應(yīng)包含預(yù)壓彈簧的剛度系數(shù)，但它遠(yuǎn)比kccxx 壓電式接 動(dòng)壓力變換電ukPqm由于質(zhì)量件的慣性，質(zhì)量m與底座間xm相對(duì)于底座的相對(duì)振動(dòng)為xr，則表示接收關(guān)系的相對(duì)振動(dòng)微

（3-

3-11中心壓縮式加速度傳感(a)結(jié)構(gòu)圖(b)簡(jiǎn)化模型(c)作用過(guò)n·x·r2nx·r2x （3-kmc2nkmc2 率”；為接收部分的阻尼比。后面將會(huì)看到，固定安裝頻率n及阻尼比是決定mxxsin mxrxrmsin(t （3-2)22)242

2 12n

（3-2·x·mxm 引入無(wú)量綱的動(dòng)力放大系數(shù)D0及無(wú)量綱頻率比Dxrm2

（3-

(12)24D(12)24 設(shè)為輸xr對(duì)輸·x·的相位滯后，則比較式（3-4）與式（3-7）可見即和180

arctan1

（3-12（a使用頻率范圍加速度計(jì)型慣性接收是利用D0曲線上0~1之間平坦段作阻尼與相移3-12（b）上1~2%的量級(jí)，因此，在其使用的0.30.2范圍內(nèi)，只有極小的相移。3-12加速度計(jì)型慣性接收的特（a）幅頻特性曲線；（b）變換原理F0K （3-其中F0為慣性力幅值，k為晶體片的當(dāng)量彈簧由于晶體表面產(chǎn)生的電荷QdF0d n(1n(12)24

dk/

當(dāng)

nQ

d2n

（3-電荷輸出幅值Q正比于被測(cè)物體的加速度幅值·x·m。電荷靈敏度與電壓靈敏度定義壓電速度計(jì)的靈敏度為輸出電量與輸入機(jī)械量之比。按照定義，當(dāng)n時(shí)，qq

dk(c/ms2n

電荷靈敏度Sq的含義是：對(duì)應(yīng)于每一單位簡(jiǎn)諧加速度（m·S-2）或（g）的輸入，的具有電荷源的電路與之等效。圖中CapFpF；Ra為

3-13壓電式傳感器的等效電路（a）電荷等效電路（b）電壓等效電aUQSqa

uSu

d

n(mV/mS2)或(mV/ n

2式（3-28）可知，電壓靈敏度是等于電荷靈敏度除以晶體片的電容量Ca。比如某一壓電 S10pC/ms2;C1000 S

10mV/msa100pF的電容量。因此，隨著引線的長(zhǎng)度不同，將有不同的電壓靈敏橫向靈敏度比橫向靈敏度是由于機(jī)械加工誤差及晶體片極化軸不規(guī)則等因素使得傳感器實(shí)際靈敏-14度Sq與軸向靈敏度Sq的比值稱之為橫向靈敏度比TSRTSR

tan

圖3-14橫向靈敏壓電加速度傳感器的頻率特性相對(duì)電壓靈敏度相對(duì)電壓靈敏度因此就傳感器本身而言，固有頻率n

使用頻率范圍~0.33fn0- f3-15壓電式加速度傳感器的§3-5荷放大器電絕緣電阻值；Cc為傳輸電纜電容量；Ci、 q a

壓電加速度傳感

電纜電荷放大器電荷放大器輸入端處的電荷為加速度qaqF之

圖3-16壓電加速度傳感器、qFCF(uiu1 電荷放大器的輸入電壓就是電荷差（qaqF）在電容CCaCcCi

uqa

u1

iu iC(1K

u1C(1Ku1

（3-作用。有意選擇不同的RF值，可得到一組具有不同低截止頻率的高通。電荷放大器的 RmV/m·s-RSK

5PC/m·s-

低 適 輸A放 放A

圖3-17并聯(lián)RF情 圖3-18電荷放大器的電路框F，改變F電設(shè)置有低通及高能濾波環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)在測(cè)量時(shí)可以抑制所需頻帶以外通電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如最簡(jiǎn)單的RC低通濾波器電路。適調(diào)旋

mV/unit

鎖緊3-192635電荷放大器的面板§3-6微積分電RC11ui

uR

idt

（3-RR

R時(shí)，即滿足條件

uR時(shí)，則有 1uiuC1

iC 3-20RC微分u1

RC

速度電壓值與比例常數(shù)RC之乘積。比例常數(shù)iiCCRC通常稱為時(shí)間常數(shù)，常用τ表示。這種電 iiCC 確，輸出電壓信號(hào)越小。一般微分電路應(yīng)滿足的如果

3-21無(wú)源RC積分電RC3-21（a）和（b）所示。在ui

RiC

ZCR時(shí)，即滿足條件uRuCR上，即uiuR，所以iuiR1

ucidt

RCui 34）常數(shù)的倒數(shù)。若輸入的電壓值是加速度電壓值，則輸出的電壓值為速度電壓值與比例常數(shù)1/RC之乘積。對(duì)于2次積分電路，有u2

2ui RC越大，積分結(jié)果越準(zhǔn)確，但輸出信號(hào)衰減越明有源微積分電路3-22所示，可見，與前述無(wú)源微積分電路不同之處是在電路中多了一個(gè)運(yùn)算放大器。這種運(yùn)算放大器采用深度電壓負(fù)反饋電路，所以A點(diǎn)的電位很低。+R1+R1 i3 _+_C+RAK_++ K+__(a)比例運(yùn)算 （b）有源積分電 (c)有源微分電3-22有源微積分電路及比環(huán)放大倍數(shù)一般用K表示，它是把反饋網(wǎng)絡(luò)看作輸出端負(fù)載時(shí)的開環(huán)電壓放大倍數(shù)，其值為Ku1uA，K前面的負(fù)號(hào)表示輸出電壓的變化量和輸入電壓的變化量是反相由于K值一般做得很大，而u1又是一個(gè)有限值，所以迫使uA接近于零電位但又不i2i1K足夠大時(shí)，負(fù)反饋放大器的輸出電壓u1與輸入電壓ui之間的關(guān)系就簡(jiǎn)單地由電阻比值R2/R1來(lái)確定，即Ku1 uu idt1i （3- C c1因?yàn)閡A0，所以u(píng)1Ci1dti1uiR代入式（10-11）u uidt u （3- C RCf K由于反饋?zhàn)饔?，使uA變得很小，有i2i1。因此，反饋電阻R上的壓降uAu1i2Ri1由于uA0，則有u1i1R，而i1C(duidtuRC

§3-7壓電式加速度傳感器測(cè)量系統(tǒng)使用中的一些問(wèn)題傳感器的選用傳感器的安裝3-23所示。測(cè)試表明，在安裝表面上涂31KHz34KHz 鋼 0固頂 0固頂座膠座 粘合- 34 34 安裝頻率圖3-23加速度傳感器的良好安 圖3-24幾種安裝方式的頻率范樹脂材料制成的圓柱體粘合（502之類的快干膠）在測(cè)量對(duì)象上，然后用螺釘將傳感器聯(lián)結(jié)在小圓柱上。這種方式同時(shí)也起到絕緣傳感器外殼避免形成地回路的作用（見下一段-4接地問(wèn)題了地回路的形成，如圖3-25（b）所示。3-25（a）由于多點(diǎn)接地而形成地回路情§3-8 工作原理2變成一束平行過(guò)亮區(qū)的光線經(jīng)狹縫4按一定規(guī)律編碼的數(shù)字碼制與碼盤

圖3-26光學(xué)編工作原1—光源；2—透鏡；3—碼盤；4—狹縫；5—光電元6位二進(jìn)制碼盤。最內(nèi)圈稱為C6透光，一半不透光。最外圈稱為C1碼道，共分2664的編碼，例如，零方位對(duì)應(yīng)于000000（全黑）；第一

圖3-276位二進(jìn)碼A01234567A01234567891011121314A 3-28二進(jìn)碼盤的粗誤若碼道C4黑區(qū)制作得太短，就會(huì)為1111（十進(jìn)制數(shù)15。反之，若碼道C4的黑區(qū)太§3-9壓電式力傳kkmf、mb分別為頂部及底部的質(zhì)量；k為晶體片的當(dāng)量彈簧剛度系數(shù)；ft

3-29壓電式力傳感（a）結(jié)構(gòu)圖；（b）qdf （3-

sd(pC/Nft[例]圖3-30（a）所示的測(cè)力臺(tái)屬于這種使用情況。測(cè)力臺(tái)的臺(tái)面支承在4個(gè)壓電式力傳感器上。當(dāng)在臺(tái)面上作用有動(dòng)載荷時(shí)，將引起力傳感器頂面的支承動(dòng)反力ft。力傳感器的fpftmt

fpkp

3-30壓電式力傳感器用于測(cè)力（a）測(cè)力臺(tái)示意圖；（b）力傳感器局部受力分Fp F 1 t

t 5%計(jì)，則要求0.2tfp的關(guān)系，需進(jìn)一步考§3-10電渦流式位（0~10kHZ1.電渦流式變換原體的交變磁通鏈流ie。該電流在導(dǎo)體表面形成一閉合回路，稱之為電圈的磁通鏈e。因此，原線圈與電渦流相當(dāng)于兩個(gè)電渦流回路的等效電阻和自感；M為互感系數(shù)。

3-31電渦流式變換3-32電渦流式變換的等效電這一等效電路又可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為（b）所示的等效電路可以證明當(dāng)輸入電流的頻率 1MHz~2MHzLRR K2 LL0L0LL(1K2

K 1 （3-K體表面的間隙d。因此，當(dāng)導(dǎo)體的材料給定后，耦合系數(shù)K唯一決定于間隙d，即K是d的函數(shù)。由式（3-42）知，等效電感L又是K的函數(shù)，因此，L的變化也就間接反映了間隙d的變化，這就是電渦流傳感器的機(jī)電變換原理。端上并聯(lián)一電容C（圖上虛線所示），RL、C并聯(lián)諧振回路。在R LC和LR ft(K)2 ZM

L

1 1RjiL

（3-

fr(K0)2 fr(Kfr(K) 11KR0Z的情況下，有ZU0Z

（3- 3-33諧振分壓電fifrZ具有極大值，因而輸出電壓的幅值U0也具有所示。今將振蕩頻率固定在某一fc值d1d2增加至?xí)r，輸出電壓U0分別對(duì)應(yīng)于圖a1a2…an諸點(diǎn)的幅值U1坐標(biāo)描繪出輸出電壓U0隨間隙d的

諧振曲 （b）間隙-電壓曲3-34諧振分壓電路的輸入輸出關(guān)3-33的電還并聯(lián)一微調(diào)小電容C，用以調(diào)整對(duì)應(yīng)各間隙d的諧振頻率值的分布，以電渦流傳感器的測(cè)量電路（也稱為前置器）的框圖如圖3-35所示。如前所述，測(cè)量如圖上u0的平均值um對(duì)應(yīng)于平均間隙

3-35電渦流傳感器的測(cè)量電路（前置器）框第四章理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀§4-1電磁式4-1所示。 圖4-1電磁式激振器原場(chǎng)；同時(shí)再給動(dòng)圈輸入一個(gè)交變電流Ic，電流在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的電磁感應(yīng)力FBLImsin （4-Ie以簡(jiǎn)諧規(guī)律變化時(shí)，則通直直流壓電信發(fā)生功放大電激振4-2電磁式激振器系統(tǒng)連接示意方框§4-2波上的頻率稱為截止頻率f0fc~f1~f2f1~f2由頻帶內(nèi)的信號(hào)；以低通濾波器為

輸出/輸入輸出輸出/輸入輸出/輸入

輸出/輸入 輸出/輸入

（a）理想的低通濾波曲 （b）理想的沒有損的頻率特性曲4-3低通濾波器的衰減頻率

高、低通濾波器RCuRC低通濾波器的典型電路和衰

u1/uu1/ui1 (b)無(wú)源低通濾波器的幅頻特4-4無(wú)源低通濾波器電路及幅頻特性fc稱為濾波器截止頻率，其對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)u1和輸入信號(hào)ui的比值為3dB。低通0~fcffc

2fc

f<fcR號(hào)ui近似地認(rèn)為全部輸送到輸出端，即u1uif>fc時(shí)，則輸出電壓u1在應(yīng)用一個(gè)RC低通濾波器衰 1R1R

0u1/u1/ui (a)無(wú)源高通濾波器電 圖4-5無(wú)源高通濾波器電路及幅頻特性示意RKRRKR組成有源的RC高、低通濾波器。有

K帶反饋的電

RC電RC濾波器是一種帶有負(fù)4-

4-6有源濾波器原理性曲線如圖4-7（b）所示。123123u0/u(dB-2-4

1 u0/1 u0/(dB-4 f f (a)低通頻率特 (b)高通頻率特4-7有源低通濾波器和高通濾波器的頻率特帶通濾波器和帶阻濾波器頻率fc1時(shí)，它們串聯(lián)起來(lái)就組成帶通濾波器。把高通濾波器和低通濾波器并聯(lián)起來(lái)，f1( c

fc2fc2B3fc2 （4-bB3

fc2fc1f

（4-SFSFB F F

（4-

fc1f0 SF值小，表明濾波器的帶外選擇性好。對(duì)于理想帶通濾4-8帶通濾波器的形波器SF1；實(shí)際帶通濾波器，一般能實(shí)現(xiàn)SF5~7B3fc2fc1=bB3

fc2fc1100%=率f0取何值，均有相同的帶寬，而恒百分比帶寬濾波器的帶寬則隨f0的升高而增加。fc2fc2fc2注意到恒百分比帶寬中f0

fc

21

2

（4-bBfc2fc1

1 2

1/N1 數(shù)字信號(hào)分析儀的一般原理

的模模輸前用率模輸前用率采

混濾加窗

通濾 圖4-9數(shù)字頻率分析的基本流FFT分析的基礎(chǔ)上，擴(kuò)充其客觀存在的運(yùn)算和處理功能，便可構(gòu)成一臺(tái)多功輸入，經(jīng)過(guò)上面討論過(guò)的時(shí)域處理（抗混波、A/D和加窗等）FFT計(jì)算分析后，通過(guò)

自相自相干輸出G(f)互相自相自

分 平 后4-10典型雙通道信號(hào)分析儀的信號(hào)數(shù)字信號(hào)分析儀的特點(diǎn)速FFT處理1024點(diǎn)進(jìn)行FFT分析需要1秒左右的時(shí)間（軟件實(shí)現(xiàn)而微機(jī)加處理硬件的數(shù)字分析儀在同樣分析條件下只需幾百毫秒至幾十毫秒（如SD347為135ms，15ms很窄，特別是細(xì)化FFT的出現(xiàn)，能在不擴(kuò)大計(jì)算機(jī)容量的情況下大大提高所感段內(nèi)§4-4工程結(jié)構(gòu)內(nèi)力測(cè)結(jié)構(gòu)原理當(dāng)通過(guò)加載裝置對(duì)工程構(gòu)架施加一定量的載荷后，便引起各構(gòu)件產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變4-11所示，工程結(jié)構(gòu)內(nèi)力測(cè)試臺(tái)所采用的測(cè)試對(duì)象為用料省、自重輕、承載能．桁架中每根桿件的兩端由理．各桿件的軸線必須是一條直．所有桿件的軸線必須相交于．載荷必須加于理想鉸鏈的幾 4-11工程結(jié)構(gòu)內(nèi)力測(cè)試用了鉸接，焊接與鉚接三種不同聯(lián)接形式如圖4-12所示。鉸 焊 鉚4-12各構(gòu)件間的連CZL-YB拉力傳感器接收、轉(zhuǎn)換，最后在測(cè)力儀上讀出。操作注意事項(xiàng)§4-5應(yīng)變與力綜合測(cè)概結(jié)合，可完成兩種儀器的工作。通過(guò)USB接口與配套測(cè)試軟件方便的實(shí)現(xiàn)顯示、、RS-485組成一套靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量虛擬儀該綜合參數(shù)測(cè)試儀通過(guò)配接相關(guān)力學(xué)實(shí)驗(yàn)適理校測(cè)學(xué)ED顯示，測(cè)力(稱重)與普通應(yīng)變測(cè)試同時(shí)并行工作設(shè)置，能適配絕大多數(shù)應(yīng)變力(稱重)傳感器；應(yīng)變測(cè)量部分采用現(xiàn)代應(yīng)變測(cè)試中常用的預(yù)測(cè)試尤其是虛擬儀器測(cè)試的基本概念和使用4-13CML-1H型應(yīng)變&CML-1H應(yīng)變＆力綜合測(cè)試儀以其良好的性價(jià)比深受用USB接口與計(jì)算機(jī)連接后配合相應(yīng)軟件組成虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)串口RS-485擴(kuò)展，系統(tǒng)可擴(kuò)256臺(tái)。配接CML-1H靜態(tài)測(cè)量軟件可以進(jìn)行靜態(tài)應(yīng)變、分析，每個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)能夠?qū)斡脭?shù)據(jù)格式(word文檔、Excel表格或圖形)顯示、或打印。本系統(tǒng)組成如圖4-14放大、濾波、。整個(gè)系CML-1H轉(zhuǎn)換，進(jìn)行件，2秒完成所有圖4-14系統(tǒng)原理系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)的連接圖4-15系應(yīng)變儀使用說(shuō)明CML-1H應(yīng)變儀“COMl’’口與第一臺(tái)的“COM2”NO．02(開NO．02的“COMl”口與下一臺(tái)的“COM2”NO．03，為系統(tǒng)中的4-161/4橋接線方4-17半橋接線方4-18全橋接線方全橋方式只需接好對(duì)應(yīng)電橋的ABCD端即可。1/4橋、半橋、全橋的混合接線參見圖4-4-19混合接線方法示集通道的顯示切換及應(yīng)變片K值大小的設(shè)置及測(cè)力標(biāo)定。鍵盤輸入2，則表頭顯示7～12測(cè)點(diǎn)應(yīng)變，3，則表頭顯示13～16測(cè)點(diǎn)應(yīng)變． 圖4-20應(yīng)變值顯 圖4-21K值顯KKK值進(jìn)行修改。例：當(dāng)前K2.0001999K1.999，完成對(duì)應(yīng)變K值的設(shè)置，按“確定’’K值修正，并自動(dòng)切換到下一通道；若按“K值設(shè)定”16KK1.999并自動(dòng)保存退回測(cè)量K6個(gè)表頭顯示測(cè)點(diǎn)和測(cè)量值（4-20所示KK值顯示，其他表頭為關(guān)閉狀態(tài)（4-21所示第一步(4-22)設(shè)置傳感器單位，按一下面板上的“標(biāo)定”鍵，這時(shí)測(cè)力數(shù)字表頭左數(shù)設(shè)置保存，測(cè)力數(shù)字表頭左數(shù)第一位顯示的L值，傳感器單位設(shè)置完成；圖4-22力傳感器單位設(shè) 圖4-23力傳感器靈敏度設(shè)第二步(4-23)設(shè)置傳感器的靈敏度，這時(shí)數(shù)字表上顯示帶小數(shù)點(diǎn)的四位數(shù)，輸入傳第三步(圖4-24)設(shè)置傳感器滿量程，測(cè)力數(shù)字表頭左數(shù)第一位顯示H，右側(cè)四位顯示滿100N1、0、0即可，按“確定”鍵，圖4-24力傳感器滿量程設(shè) 圖4-25力傳感器過(guò)載保護(hù)設(shè)值，如100，直接輸入1、0、0即可，當(dāng)傳感器加載到設(shè)置值時(shí)警報(bào)器會(huì)發(fā)出蜂鳴 應(yīng)變表頭數(shù)字面板左部1-2位顯示測(cè)點(diǎn)位置，第3位顯示正負(fù)號(hào)，第4-8位顯示應(yīng)變K值(儀器設(shè)置的應(yīng)變片靈敏度系數(shù))40分鐘～1小時(shí)，檢查每個(gè)測(cè)量點(diǎn)初始測(cè)力儀使用說(shuō)明側(cè)裝有一個(gè)5芯航空件中附有一個(gè)5芯航感器(稱重傳感器)從

4-26力傳感器的接一般力學(xué)采用柱式或S型傳感器；從接線上一般分為4線、6線接法。通常各廠家對(duì)接線的定義如圖4-26所示：一是傳感器滿量程：如1t、200KN、500Kg、500N等。一般用戶傳感器時(shí)已按二是傳感器靈敏度(部分廠家將該指標(biāo)定義為額定輸出)1.988mV／V。該指標(biāo)指220V電源并將電源開關(guān)撥向“通”，完成儀器自檢后進(jìn)入工作狀態(tài)，儀器預(yù)熱半小時(shí)后，對(duì)表頭顯示傳感器初始零點(diǎn)進(jìn)行清除，方法是按“測(cè)力”鍵，表頭顯示值為0，測(cè)量即可開始。對(duì)傳感器施加拉壓力，這時(shí)儀器表頭顯示。分析程序的運(yùn)行操作在WINDOWS98、Me、2000、XP系統(tǒng)下的安裝：進(jìn)入“CML-1H測(cè)量系統(tǒng)安裝(forWINDOWSsetup執(zhí)行文件，即可按提示安裝。軟件默認(rèn)安裝路徑在系統(tǒng)文件所在根下的“programfiles”下，用戶也可自己設(shè)置安裝路徑。在完成了系統(tǒng)的連接與檢查后，將儀器預(yù)熱45分鐘后進(jìn)量。使用及料上，與測(cè)量片保持同樣的溫度。應(yīng)變片對(duì)地絕緣電阻應(yīng)在500M以上?！?-6DH1307動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試教概DHl307動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試教學(xué)系統(tǒng)具有振動(dòng)信號(hào)測(cè)試(包括數(shù)采模塊、信號(hào)發(fā)生模塊、調(diào)速模塊)，軟件具有相應(yīng)的信號(hào)及FFT譜分析等功能，同時(shí)軟件可發(fā)性強(qiáng)，提供開發(fā)接口。該系統(tǒng)針對(duì)大面積本科實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)，硬件、軟件操作簡(jiǎn)單方便，滿足高可靠性和強(qiáng)的要求。特4-27簡(jiǎn)支梁教學(xué)系4-27簡(jiǎn)支梁教學(xué)系系統(tǒng)框圖及旋轉(zhuǎn)機(jī)械所開發(fā)的3個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)框圖分別如圖4-27、圖4-28和圖4-29所示。4-28往復(fù)機(jī)械教學(xué)系技術(shù)指標(biāo)

4-29旋轉(zhuǎn)機(jī)械教學(xué)系電壓：4LED顯示輸出交流電壓(有效值)(mV)；頻率：4LED顯示頻率輸出(Hz)；輸出阻抗：<1DDS數(shù)字頻率合成技術(shù)產(chǎn)生采樣脈沖，保證了多通道采樣速率的同步性、算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，每通道采樣速率10kHz； 平坦度：小于0.1dB(2/3截止頻率內(nèi))； 平坦度：小于0.1dB(1/2截止頻率內(nèi))； 采樣速率(連續(xù)記錄數(shù)據(jù))10、20、50、100、200、500、lk、2k、阻帶衰減：約120Db/oct；軟件功能DDS()((靜標(biāo)定)該件數(shù)據(jù)以我司其他列析件調(diào)采樣頻率：10Hz分析點(diǎn)數(shù)：用于FFT64327682的UFF文件ASCII文本文件Excel表格文件使用說(shuō)明 前面板如圖4-30 H．往復(fù)電機(jī)指示燈：此燈亮，表示后面板HH插座電源輸出，II插座無(wú)電源輸出。I．轉(zhuǎn)子電機(jī)指示燈：此燈亮，表示后面板1I插座電源輸出，HH插座電源無(wú)輸出。L S NN E 4-30DH1307見圖4-32。DX 4-3257芯航空插座4-3257芯航空插座引X．信號(hào)輸出插座：DB-15矩形插座，采用通訊線與PCI Z．轉(zhuǎn)速輸入插座：7芯航空插座，可外接光柵編，引腳定義見圖4-32。EE．功率輸出絲座，內(nèi)置2A絲 儀器電源輸入絲座，內(nèi)置4A延遲注意事項(xiàng) 圖4-34電機(jī)引 §4-7工程機(jī)械基本力學(xué)量測(cè)量測(cè)量分析系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別與控制。測(cè)試臺(tái)的實(shí)物如圖4-35所示。4-35工程機(jī)械動(dòng)態(tài)力學(xué)量測(cè)試傳感器傳感器安裝

十字滑 活圖4-36曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圖4-37往復(fù)式空壓機(jī)器引出汽缸之外（如圖4-37所示。因此，工程機(jī)械基本力學(xué)量測(cè)試臺(tái)安裝了一臺(tái)雙盤轉(zhuǎn)子，具體結(jié)構(gòu)見圖4-38。軸承座的可調(diào)螺 渦流傳感4-38雙盤第五章理論力§5-1工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵髽?gòu)件所受的內(nèi)力值，并與相應(yīng)材料與尺寸的理想桁架桿件內(nèi)力的理論計(jì)算值進(jìn)行分析比較，加深對(duì)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的力學(xué)建模合理性的認(rèn)識(shí)?；纠碚搇A

（5-（N/m2；AS （5-由此可見，只要測(cè)量出桿件的實(shí)際應(yīng)變值，即可由上式求出桿件的實(shí)際受力S。測(cè)量對(duì)象、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備與測(cè)量系統(tǒng)框圖測(cè)試對(duì)象工程桁架JLC-1工程結(jié)構(gòu)內(nèi)力測(cè)試臺(tái)，該測(cè)試臺(tái)的結(jié)構(gòu)及操作說(shuō)明見§4-4。測(cè)試結(jié)構(gòu)分三CZL-YB-22D1應(yīng)應(yīng)變應(yīng)變&力綜合測(cè)力電應(yīng)變122(b)143.25圖5-1桿件截面尺 圖5-2工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力測(cè)量系統(tǒng)框?qū)嶒?yàn)步驟、方法及注意事器：“標(biāo)定”↙H設(shè)定力的值，輸入“290”，“確定”↙；應(yīng)變計(jì)K值設(shè)定：“K值設(shè)定”↙“K值設(shè)定”↙（1）~（8實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求§5-2往復(fù)機(jī)械位移、速度、加速度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蠡纠碚揳(t)=Acos v(t) a(t)dt cos(t) （5- x(t)

v(t)dtAcos(t

)

（5-測(cè)量對(duì)象、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備與測(cè)量系統(tǒng)框圖測(cè)量對(duì)象往復(fù)式空氣壓縮機(jī)6空氣壓縮機(jī)，該機(jī)的活塞行程為40mm。測(cè)量框圖如圖5-3實(shí)驗(yàn)步驟、方法及注意事BZ1103型加速度傳感器用螺栓（一字口向上）旋緊